[论文解读] Lepton Flavor Violation and Its Constraints on the Neutrino Mass Models

Xiao-Jun Bi, Yuan-Ben Dai|arXiv (Cornell University)|Dec 5, 2001

Neutrino Physics Research被引用 3

一句话总结

本文研究了在带电轻子质量矩阵呈'非对称'特征的超对称跷跷板模型中轻子味破坏现象，表明过程 $μ \to e\gamma$ 受实验强烈约束。该文提出一种新的质量矩阵结构，其在2-3和1-3分量中具有非对称特性，自然地产生较小的 $Br(\mu \to e\gamma)$，并支持太阳中微子振荡的LMA解。

ABSTRACT

The tiny neutrino masses measured in the neutrino oscillation experiments can be naturally explained by the supersymmetric see-saw mechanism. If the supersymmetry breaking is mediated by gravity, the see-saw models may predict observable lepton flavor violating effects. In this work, we investigate the lepton flavor violating process $\mu o e\gamma$ in the kind of neutrino mass models based on the idea of the ``lopsided'' form of the charged lepton mass matrix. The constraints set by the muon anomalous magnetic moment are taken into account. We find the present models generally predict a much larger branching ratio of $\mu o e\gamma$ than the experimental limit. Conversely, this process may give strong constraint on the lepton flavor structure. Following this constraint we then find a new kind of the charged lepton mass matrix. The feature of the structure is that both the elements between the 2-3 and 1-3 generations are ``lopsided''. This structure produces a very small 1-3 mixing and a large 1-2 mixing in the charged lepton sector, which naturally leads to small $Br(\mu o e\gamma)$ and the LMA solution for the solar neutrino problem.

研究动机与目标

• 研究在引力介导超对称自发破缺的超对称跷跷板模型中轻子味破坏的物理含义。
• 评估μ子反常磁矩对轻子味破坏过程的约束影响。
• 识别能够抑制 $\mu \to e\gamma$ 衰变同时兼容太阳中微子振荡LMA解的可行带电轻子质量矩阵结构。
• 推导一种新的质量矩阵形式，能够同时解释极小的 $Br(\mu \to e\gamma)$ 和带电轻子扇区中的大1-2混合。

提出的方法

• 分析在引力介导超对称自发破缺的超对称跷跷板模型中 $\mu \to e\gamma$ 衰变振幅。
• 应用μ子反常磁矩的约束条件以限制模型参数。
• 引入一种'非对称'形式的带电轻子质量矩阵，强调2-3和1-3分量中非均匀的非对角元。
• 推导由此产生的轻子混合模式，并在新结构下评估 $\mu \to e\gamma$ 的分支比。
• 将预测的 $Br(\mu \to e\gamma)$ 与当前实验极限进行比较，以检验模型的可行性。
• 以太阳中微子振荡的LMA解为基准，验证模型的物理一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 在具有引力介导超对称自发破缺和非对称带电轻子质量矩阵的超对称跷跷板模型中，$\mu \to e\gamma$ 衰变的预测结果是什么？
• RQ2 μ子反常磁矩的约束如何影响这些模型中轻子味破坏过程的可行性？
• RQ3 能否构建一种新的带电轻子质量矩阵结构，使其在抑制 $\mu \to e\gamma$ 的同时仍保持太阳中微子振荡的LMA解？
• RQ4 带电轻子质量矩阵中2-3和1-3分量的非对称结构对轻子混合模式有何影响？
• RQ5 带电轻子混合与中微子质量生成之间的相互作用如何影响 $\mu \to e\gamma$ 的分支比？

主要发现

• 标准的非对称中微子质量模型预测的 $\mu \to e\gamma$ 分支比显著高于当前实验极限。
• μ子反常磁矩的约束进一步限制了这些模型中的可行参数空间。
• 提出一种新的带电轻子质量矩阵结构，其在2-3和1-3分量中均具有非对称元素。
• 该新结构在带电轻子扇区中产生极小的1-3混合和较大的1-2混合。
• 由此产生的模型自然地导致极小的 $Br(\mu \to e\gamma)$，与实验限制一致。
• 该模型同时支持太阳中微子振荡的LMA解，提供了一个物理上可行的框架。